美國(guó)奧勒岡州大學(xué)（University of Oregon）的研究人員展示一種可利用各種不同原子制成的“奈米環(huán)”（nanohoop），而不只是純用碳進(jìn)行制造。這種環(huán)形的奈米結(jié)構(gòu)可用于為太陽(yáng)能電池、OLED或感測(cè)器實(shí)現(xiàn)最佳化能源效率。

　　這種奈米環(huán)即“聯(lián)苯奈米環(huán)”（cycloparaphenylene；CPP）化學(xué)分子，可被設(shè)計(jì)成更有效吸收和發(fā)射能量的材料。

　　摻雜氮原子的奈米環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。奧勒岡大學(xué)的研究人員展示結(jié)合氮原子與碳原子而成的奈米環(huán)，有助于提升能效與性能。

　　這項(xiàng)研究是由奧勒岡州大學(xué)教授Ramesh JasTI及其博士研究生Evan R. Darzi所主導(dǎo)，Evan R. Darzi的研究論文就是這項(xiàng)制造過(guò)程的概念驗(yàn)證，接下來(lái)還需要進(jìn)一步的研究，才能完全掌握奈米環(huán)的各種影響與應(yīng)用。

　　JasTI 表示，1nm的奈米環(huán)提供了新的結(jié)構(gòu)類型，其尺寸介于長(zhǎng)鏈聚合物與小型低量分子之間，因而能用于能量或光學(xué)元件。JasTI曾經(jīng)在羅倫斯柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 （LBNL）分子工廠（Molecular Foundry）進(jìn)行博士后研究，他在2008年時(shí)首次合成了這些分子類型。

　　“這些結(jié)構(gòu)增加了研發(fā)工具，并提供制造有機(jī)電子材料的新方法，”JasTI解釋：“這種環(huán)形化合物能夠表現(xiàn)得像有幾百個(gè)單位的聚合物一樣，但其實(shí)只有大約6-8個(gè)單位左右。透過(guò)增加非碳的原子，讓我們能夠改變其光學(xué)和電子特性。”

　　這種奈米環(huán)具有可控制的能隙，因而能夠解決在材料方面的挑戰(zhàn)——其能量位于價(jià)電帶與導(dǎo)電帶之間，對(duì)于設(shè)計(jì)有機(jī)半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。目前基于聚合物的長(zhǎng)鏈材料效果最好。

　　“例 如，如果能夠控制能隙，那么就可以決定發(fā)光的顏色，”Jasti說(shuō)。“在電子裝置中，你可能還需要搭配能量水平與電極。而在太陽(yáng)光電系統(tǒng)中，你想擷取的陽(yáng) 光也必須配合能隙，才能提高效率以及增強(qiáng)最佳化排列不同元件的能力。這些事情都取決于分子的能量水平。根據(jù)我們的研究發(fā)現(xiàn)所制造的奈米環(huán)越小，能隙就越 小。”

　　為了證實(shí)這個(gè)方法可行，Darzi同時(shí)使用碳原子與氮原子合成多種奈米環(huán)，并觀察其行為表現(xiàn)。“我們所展示的是這種帶電荷的氮原子，它可讓奈米環(huán)成為電子的受體，而其他部份成為電子的供體，”Jasti。

　　“除 了奈米環(huán)的大小，這種加入其他元素（如氮）的作法，也賦予我們另一種操縱能量水平的方式?，F(xiàn)在我們已經(jīng)證實(shí)奈米環(huán)的特性可輕松地加以控制，而且，這些分子 能夠表現(xiàn)出類似導(dǎo)電聚合物的新一類有機(jī)半導(dǎo)體。利用奈米環(huán)，可以在環(huán)形結(jié)構(gòu)中間加進(jìn)其他東西，再加以摻雜使其改變特性或檢測(cè)分析物。”

　　Jasti的早期研究在于讓奈米環(huán)成為一種碳基化合物，而其團(tuán)隊(duì)的后續(xù)研究更著眼于獨(dú)特且無(wú)法預(yù)期的電子與光學(xué)特性。